Zimujące królowe trzmieli potrafią przeżyć osiem dni pod wodą

Zanurz hibernującą królową trzmiela w zimnej wodzie na osiem dni, a nie zginie. Zamiast tego wejdzie w stan swoistego fizjologicznego czyśćca, stale wydzielając niewielkie ilości dwutlenku węgla, podczas gdy jej tkanki będą stopniowo wypełniać się mleczanami.

Dla gatunku, w którym królowa stanowi jedyny biologiczny pomost między jednym latem a kolejnym, ta ukryta zdolność do przetrwania pod wodą jest kluczową linią życia. Większość kolonii trzmieli ginie jesienią, pozostawiając jedynie zapłodnione królowe, które zakopują się w płytkiej glebie, aby przetrwać zimę. W obliczu coraz częstszych, nieprzewidywalnych opadów deszczu na śnieg oraz nagłych wiosennych roztopów, zdolność królowej do przetrwania zalanej nory decyduje o tym, czy lokalna populacja będzie w stanie zapylać krajobraz wiosną.

Fizjologiczne koszty zalanej nory

Odkrycie, opublikowane w Proceedings of the Royal Society B, zaczęło się od laboratoryjnego wypadku. Badaczka Sabrina Rondeau przeprowadzała eksperyment z pestycydami, gdy kondensacja niespodziewanie zalała kilka wypełnionych ziemią probówek, całkowicie zanurzając znajdujące się w nich królowe w stanie diapauzy. Kiedy owady przeżyły, badania przeniesiono na celowe, kontrolowane zalewanie w zimnych, ciemnych komorach zaprojektowanych tak, aby imitowały zimowe nory.

Dane fizjologiczne pokazują, że owady te nie wyłączają się całkowicie po zanurzeniu. Zamiast tego utrzymują minimalne tempo oddychania tlenowego, polegając w dużej mierze na szlakach beztlenowych, aby przetrwać deficyt tlenu. Wynikające z tego nagromadzenie mleczanów nie pozostaje bez konsekwencji. Po wyjęciu z wody królowe wykazywały gwałtowny wzrost tempa metabolizmu trwający nawet do trzech dni – to energetyczny rachunek, który muszą zapłacić za przetrwanie powodzi.

Brakujące mechanizmy i ograniczenia badań laboratoryjnych

To, w jaki sposób zanurzony owad radzi sobie z wymianą gazową pod wodą, pozostaje niewyjaśnione. Naukowcy skupili się na metabolicznych markerach chemicznych, a nie na fizycznym mechanizmie, przez co nie jest jasne, czy królowe polegają na uwięzionych mikrofilmach powietrznych, zmienionej kontroli przetchlinek, czy na skórnej dyfuzji gazów.

Istnieje również duża różnica między sterylnym zalaniem laboratoryjnym a naturalnym. Prawdziwa zimowa gleba to złożona matryca zmiennych temperatur, zmieniającej się chemii i głodnych społeczności drobnoustrojów, które rywalizują o każdy pozostały tlen. Badanie przetestowało określone taksony trzmieli, więc założenie, że cecha ta jest jednolita dla wszystkich gatunków z rodzaju Bombus w różnych klimatach, byłoby ogromnym ekologicznym skrótem myślowym.

Użytkowanie gruntów wyprzedza granice biologiczne

Fizjologiczny margines bezpieczeństwa jest przydatny tylko wtedy, gdy królowa w ogóle posiada norę. Ta laboratoryjna odporność krzyżuje się bezpośrednio z polityką rolną i gospodarką gruntami, gdzie tradycyjne mikrosiedliska zimowe są rutynowo betonowane, głęboko przeorywane lub zagęszczane przez ciężki sprzęt.

Ponadto zdolność królowej do znoszenia dni stresu beztlenowego i opłacenia późniejszego metabolicznego rachunku zależy całkowicie od jej przedzimowych rezerw tłuszczu. Jeśli jesienne żerowanie zostanie ograniczone przez utratę siedlisk lub jeśli ekspozycja na pestycydy zakłóci gromadzenie lipidów przed diapauzą, ta podwodna wytrzymałość może gwałtownie spaść.

Ewolucja wyposażyła królową trzmiela w imponujący bufor bezpieczeństwa w obliczu zalanego świata. Jednak owad, który potrafi wstrzymać oddech na tydzień, w końcu i tak musi znaleźć suche miejsce, w którym może wylądować.

Źródła

• Proceedings of the Royal Society B